Обработка звука сигналов в канале записи/воспроизведения

Канал записи/воспроизведения звуково­го сопровождения неподвижными магнит­ными головками мало чем отличается от схем современных кассетных аудиомагнито­фонов. Выполнен он обычно на одной мик­росхеме и содержит микрофонный и пред­варительный усилители записи, охваченные глубокой системой АРУ, шумопонижающее устройство, корректирующий и оконечный усилители записи, универсальную магнит­ную головку, корректирующий, предва­рительный и оконечный усилители воспро­изведения, а также генератор стирания/ подмагничивания со стирающими головками.

В ВМ могут использоваться три системы шумопонижения (СШП): пороговая, динами­ческая (DNL) и компандерная (Dolby). Прин­цип действия пороговой СШП основан на уменьшении коэффициента усиления в пау­зах фонограммы. Принцип действия дина­мического ограничителя шума основан на автоматическом регулировании полосы про­пускания усилителя в режиме воспроизве­дения. Компандерные СШП основаны на преобразовании динамического диапазона сигнала при записи в области средних и вер­хних частот и последующем обратном пре­образовании в режиме воспроизведения.

Высококачественная Hi-Fi запись и вос­произведение звука вращающимися звуко­выми головками, размещенными на БВГ, ис­пользует способы цифровой звукозаписи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и звукозаписи с частотной модуляцией. Та­кие системы содержат предысказители-корректоры, кодеры (модуляторы), универсаль­ные усилители записи/воспроизведения, соединенные через вращающийся трансфор­матор с головками, декодер (демодулятор) и выходной усилитель. Поднесущая ЧМ зву­кового канала на ленте располагается на гра­нице сигналов яркости и цветности. Звуковые головки смещены на БВГ относительно ВГ на 30° и записывают сигнал между строками ви­деозаписи. Для записи стереосигналов ис­пользуют поднесущие 1,4 и 1,8 МГц.

Несущие частоты ЧМ сигналов звука выб­раны вблизи границ полос частот спектров сигнала цветности и ЧМ сигнала яркости. Взаимное расположение спектров этих сиг­налов показано на рис. 12. Такой выбор несущих частот обусловлен требова­нием минимальности помех видео­сигналу со стороны ЧМ звуковых сиг­налов. Кроме того, при их выборе учтено, что с повышением частоты несущей уменьшается толщина промагничиваемой части рабочего слоя магнитной ленты.

Для получения высокого отноше­ния сигнал/шум в каналах ЧМ записи звука используется достаточно боль­шая девиация несущей (±150 кГц), что намного больше девиации несущей, обычно применяемой при ЧМ переда­че звука в телевидении (±50 кГц) и в УКВ ЧМ вещании (±75 кГц).

Видеокамеры

В видеокамерах используются форматы записи видеосигналов на ленту шириной 8 мм - Video-8 и Hi-8.

Формат Video-8. Основное пре­имущество аппаратов этого формата - использование миниатюрной лентопро­тяжной системы и небольшой и очень лег­кой кассеты, размеры которой сравнимы с размером обычной аудиокассеты, что по­зволило создавать компактные видеокаме­ры формата Video-8. В кассете использует­ся высококачественная 8-миллиметровая металлизированная лента.

На стандартную кассету можно записать видеопрограмму длительностью 90 мин. В настоящее время выпускаются кассеты формата Video-8 емкостью 120 мин. Разре­шающая способность воспроизводимого изображения - 250 твл.

Помимо миниатюризации аппараты фор­мата Video-8 привлекают к себе внимание оригинальными конструктивными решения­ми. Среди них - запись и воспроизведение с помощью одних и тех же вращающихся ви­део- и аудиоголовок одновременно как ви­деосигналов, так и сигналов Hi-Fi звука. При этом звукозапись может выполняться голов­ками одновременно и как монофоническая в виде ЧМ сигналов с полосой 20 кГц, и как стереофоническая в виде ИКМ сигналов с полосой 15 кГц.

Рис. 40

Расположение видеоголовок на БВГ формата Video-8 приведено на рис. 40, а. Диаметр барабана видеоголовок принят равным 40 мм. Угол охвата лентой бараба­на составляет 220°. Скорость движения лен­ты - 14,3 мм/с. Скорость вращения бараба­на с видеоголовками составляет 25 об/с, или в системе NTSC, где частота полей 60 Гц - 30 об/с. Сигналограмма формата Video-8 приведена на рис. 9.40, б. В течение первых 36° оборота БВГ в начале строки за­писи методом ИКМ записываются сигналы стереофонического звукового сопровожде­ния. В течение следующих 180° оборота БВГ двумя диаметрально расположенными видеоголовками, зазоры которых разверну­ты по азимуту на ±10°, записываются пре­образованные сигналы изображения, сиг­налы Hi-Fi звука и сигналы автотрекинга ATF (Automatic Track Binding - автоматический поиск дорожки). По краям ленты располо­жены две продольные дорожки шириной по 0,5 мм: верхняя - для записи сигналов ад­ресно-временного кода (cue signal), необ­ходимых при монтаже видеофонограмм; нижняя - для записи сигналов звукового со­провождения при использовании непод­вижных головок. Необходимость в дорожке для записи сигнала управления в формате Video-8 отпала, поскольку в нем применя­ется новая система автотрекинга ATF, сиг­налы которой записываются одновременно с сигналами изображения и звука и на тех же строках.

Вместо неподвижной стирающей голов­ки используется (как видно из рис. 40, а) вращающаяся головка стирания (ВГС), рабо­чий зазор которой в два раза больше зазора видеоголовок. Во время записи ВГС стира­ет сразу две строки, а видеоголовки вслед за ней записывают новые сигналы. Наличие ВГС обеспечивает дополнительные возмож­ности при записи и монтаже видеофоног­рамм, позволяющие осуществлять «чистое», без срыва синхронизации, нарушения цве­топередачи и помех на изображении про­должение видеозаписи, где уже имеется сиг- налограмма, а также реализовывать режим вставки. Для балансировки диаметрально противоположно с ВГС на диске устанавли­вается противовес.

Частотная характеристика сигналов при записи в формате Video-8 приведена на рис. 9.12. В этом формате сигналы яркости и цветности перед записью обрабатывают­ся также раздельно. Сигнал яркости преоб­разуется в ЧМ сигнал так, что уровню синх­роимпульсов соответствует частота 4,2 МГц, а уровню белого - 5,4 МГц. Поднесущая сигнала цветности 4,43 МГц переносится в низкочастотную область спектра методом гетеродинирования, смешивается с ЧМ сигналом яркости и записывается на магнит­ную ленту. Частота перенесенной цветовой поднесущей в формате Video-8 для системы PAL составляет 732 кГц, а для системы NTSC - 743 кГц. Для исключения перекрестных по­мех между сигналами соседних строк в по­лосе частот сигнала яркости, как отмечалось выше, сигналы изображения записываются видеоголовками с азимутальным разворо­том рабочих зазоров 10°. Для уменьшения перекрестных искажений в области низких частот фаза перенесенного сигнала цветно­сти коммутируется на 180° в каждой строке записи.

Формат Video-8 предлагает три способа записи сигналов звукового сопровождения:

• монофоническую запись звуковых сиг­налов стационарной универсальной голов­кой на продольную дорожку;

• монофоническую ЧМ запись звуковых сигналов одновременно с записью сигналов изображения двумя вращающимися голов­ками - способ Hi-Fi записи сигналов звуко­вого сопровождения. Рабочие зазоры зву­ковых вращающихся головок в формате Video-8 развернуты на ±10° относительно

перпендикуляра к направлению их движе­ния. ЧМ звуковой сигнал записывается на несущей 1,5 МГц с девиацией 100 кГц;

• запись стереофонических звуковых сигналов с импульсно-кодовой модуляцией. Этот способ записи применяется для особо высококачественной записи/воспроизведе­ния звука, обеспечивая динамический диапа­зон до 80 дБ. ИКМ звуковой сигнал представ­ляет собой последовательность 13-разряд- ных слов. Из 13 разрядов 8 отводятся для квантования сигнала по уровню при частоте дискретизации 31,5 кГц. Остальные разряды являются контрольными (проверочными).

НЧ сигналы сжимаются перед записью аналоговым компандером в отношении 2:1, дискретизируются с частотой 31,5 кГц и ли­нейно квантуются с точностью 10 разрядов на отсчет. Затем полученные сигналы обра­батываются цифровым компандером, обес­печивающим более экономичное их цифро­вое представление с точностью 8 нелинейных разрядов на отсчет. Динамический диапазон сигнала на выходе составляет 80 дБ, нели­нейные искажения - около 0,5 %, полоса ча­стот - от 20 Гц до 20 кГц. Помехоустойчивый код CIC (Cross Interleave Code) с перекрест­ным перемежением позволяет из 8-разряд- ных слов получить проверочные слова Р и Q, из которых с помощью кода Рида-Соломона (CRCC) выделяется защитное слово из 5 раз­рядов, используемое при воспроизведении как флаг ошибок. Параметры системы циф­ровой записи звука на ленту шириной 8 мм в аппаратах форматов Video-8 и Hi-8 приве­дены в табл. 3.

Таблица 3.

Система автотрекинга ATF работает сле­дующим образом. Во время записи од­новременно с сигналами изображения и ИКМ сигналами звука в диапазоне частот 100…147 кГц на ленту записываются четы­ре дополнительных служебных пилот-сиг­нала. Каждый пилот-сигнал записывается на одну строку записи, например, сигнал с час­тотойf₁ = 101,024 кГц - на первую строку, сигнал с частотой f₂ = 117,188 кГц - на вто­рую, с частотой f₃ = 162,760 кГц - на третью, с частотой f₄ = 146,484 кГц - на четвертую и т.д. Расположение этих сигналов на частот­ной оси показано на рис. 12. Ток записи пилот-сигналов на 1 дБ ниже тока записи сигнала яркости. В режиме воспроизведе­ния при смещении видеоголовки со своей строки записи она начинает считывать пи­лот-сигналы - свой и один из соседних. При вычитании этих сигналов друг из друга вы­деляется разностный сигнал, однозначно несущий информацию о положении видео­головки.

Формат Hi-8 явился дальнейшим разви­тием хорошо зарекомендовавшего себя формата Video-8 и изначально был рассчи­тан как формат записи сигналов изображе­ния видеокамерами. Разработке нового формата способствовали успехи в области создания новых высококоэрцитивных маг­нитных лент, в частности металлопорошко­вых. Новый тип лент, так называемых метал­лизированных (МЕ-лент), позволяет полу­чить запись с максимальной плотностью. Траектория движения ленты в ЛПМ форма­та Hi-8 приведена на рис. 41.

Рис. 41

За счет расширения диапазона частот записываемого сигнала яркости в формате Hi-8 удалось достичь существенно более высокой по сравнению с форматом Video-8 разрешающей способности воспроизводи­мого изображения. На рис. 9.12 приведена частотная характеристика сигналов в фор­мате Hi-8. ЧМ сигнал яркости расположен в диапазоне частот от 7,7 МГц для уровня бе­лого до 5,7 МГц для уровня сигналов синх­ронизации, т.е. девиация расширена до 2 МГц по сравнению форматом Video-8 -

МГц. Поэтому наряду с уменьшением пе­рекрестных искажений между сигналами яркости и цветности заметно повышается отношение сигнал/шум (примерно на 3 дБ), а за счет уменьшения ширины зазора в ви­деоголовках до 0,22 мкм (относительно 0,28 мкм в Video-8) в формате Hi-8 это отно­шение повышается еще на 2 дБ. Из рис. 9.12 также видно, что диапазон частот сигнала яркости в формате Hi-8 приблизительно ра­вен 5,4 МГц, что обеспечивает при исполь­зовании МЕ-лент разрешение воспроизво­димого изображения более 420 твл. Уровень ограничения сигнала яркости в двусторон­нем ограничителе выбран таким, чтобы ог­раничивались лишь максимальные выбросы сигнала по уровню 220 % (частота ЧМ сигна­ла яркости 10,1 МГц).

Использование высококачественных лент в формате Hi-8 также позволило повы­сить качество записи звуковых сигналов. Так, при записи ИКМ звука на МЕ-ленты отноше­ние сигнал/шум превышает 88 дБ - это одно из самых больших достоинств формата Hi-8.

Теперь рассмотрим принципы построе­ния видеокамер.

Видеокамера представляет собой объе­диненные в одном корпусе малогабаритную телевизионную камеру и малогабаритный видеомагнитофон. Общепринятое в мире наименование - камкордер (camcorder - camera-recorder). Ее развитие и совершен­ствование проходило как по линии телека­мер, так и по линии видеомагнитофонов.

Телекамеры по назначению можно под­разделить на профессиональные (студий­ные, для внестудийного производства и для телевизионной журналистики), полупрофес­сиональные и бытовые (любительские).

Главные различия здесь заключаются в ка­честве получаемого изображения (у студий­ных камер оно должно быть самым высоким) и, кроме того, в функциональных возможно­стях, степени автоматизации, удобстве в работе, массогабаритных показателях, по­треблении электроэнергии и др.

К оптической части видеокамер предъяв­ляются те же основные требования, что и к фото-, кино- и телекамерам: высокая све­тосила объектива, высокая разрешающая способность (для матриц ПЗС - приборов с зарядовой связью - это связано с количе­ством элементов), больший диапазон изме­нения фокусного расстояния (для объекти­ва с переменным фокусным расстоянием).

Очень распространены в видеокамерах системы автоматической фокусировки и автоматического управления диафрагмой. Достигнутые в настоящее время в видеока­мерах высокая светосила объектива и высо­кая чувствительность преобразователя свет/ сигнал на ПЗС позволяют производить видеосъемку в условиях очень низкой осве­щенности объекта съемки - порядка не­скольких (2...7) люкс. Разрешающая способ­ность лучших видеокамер достигает 700 твл и более, отношение сигнал/шум по изобра­жению - 60...62 дБ.

Многие камеры оснащены так называе­мой системой «Электронный затвор» с воз­можностью изменения «выдержки». Выбор коротких (1/2000...1/1000 с) выдержек по­зволяет уменьшить смазывание изображе­ния при видеосъемках быстродвижущихся объектов. При движении видеокамеры каче­ство изображения по устойчивости может быть улучшено за счет применения встроен­ной электронной системы стабилизации изображения.

Функциональные возможности видеока­мер в настоящее время расширяются бла­годаря успехам микроэлектроники. Появи­лись встроенные системы синтеза титров, электронного монтажа, дополнительного озвучивания и др. Улучшились сервисные возможности видеокамеры вплоть до встро­енных систем диагностики неисправностей.

Бытовые видеокамеры относительно просты по конструкции и несложны в эксп­луатации, отличаются повышенной надежно­стью и стабильностью параметров. Встроен­ная портативная аккумуляторная батарея обеспечивает непрерывную запись на одной кассете продолжительностью до 4 ч. Сто­имость бытовых видеокамер невелика и обычно доступна широкому кругу покупа­телей в развитых странах. Но качество изоб­ражения, как правило, уступает качеству, требуемому для ТВ вещания. Однако в пос­леднее время все большее распространение получают бытовые видеокамеры более вы­сокого класса (и соответственно более до­рогие), качество изображения которых уже вполне сопоставимо с профессиональным. Их поэтому иногда называют полупрофесси­ональными и используют, например, для оперативных телерепортажей.

Дата добавления: 2015-11-04